JP4948661B2 - 地盤改良工法 - Google Patents
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Description
(1)無限に開放された地盤条件下での地下水面下では、地下水面下の地盤中に注入された溶液型酸性シリカグラウトのゲル中に形成された反応生成物は、時間と共にゲルの中から地下水中に溶出し、拡散し、希釈され、その結果、かかる反応生成物の濃度は低減する。反応生成物の濃度の低減が、周辺構造物に対し悪影響を生ずる期間よりも早ければ問題ない。
(2)開放された地盤条件下では反応生成物の濃度の低減は早いが、閉塞された領域では反応生成物は拡散されにくく、希釈されにくい。また、濃度が濃くなる条件下では、反応生成物は周辺構造物に影響を与えやすい。
(3)コンクリート構造物等により一方が閉塞された地盤条件下では、反応生成物は拘束されやすく,地下水中で開放された領域の方向に拡散する。
前記非アルカリ性シリカ溶液のシリカ濃度が、次式、
(A)2wt%≦[SiO2]≦50wt%
(式中、[SiO2]は溶液中のシリカ濃度(%)を示す)を満たし、かつ
前記非アルカリ性シリカ溶液のリン酸化合物によるリン酸イオン濃度が、次式、
(B)3000ppm≦[P]≦100000ppm
(式中、[P]は溶液中のリン酸イオン濃度(ppm)を示す)を満たすものであり、
前記非アルカリ性シリカ溶液が、コンクリート表面1m 2 当たり3000ppm以上のリン酸イオン濃度になるリン酸化合物を有効成分として含み、ホモゲルに換算して1cm以上の固結層厚さになるように前記非アルカリ性シリカ溶液を注入して、
硫酸イオンおよび/または海水からのコンクリートへの影響を防護することを特徴とする。
(A)2wt%≦[SiO2]≦10wt%
(式中、[SiO2]は溶液中のシリカ濃度(%)を示す)を満たすことが好ましく、非アルカリ性シリカ溶液が、次式、
[P]/[SiO2]=60〜5000
(式中、[P]は溶液中のリン酸イオン濃度(ppm)を示し、[SiO2]は溶液中のシリカ濃度(%)を示す)を満たすことが好ましい。
本発明において、注入領域全体における金属イオン封鎖剤(以下、「キレート剤」とも称す)としてのリン酸化合物やの使用量を最小限に抑え、かつリン酸化合物と共存する硫酸化合物の合計量を最小限に抑えるためのコンクリート構造物または土中埋設物(以下、「コンクリート構造物等」と称す)と注入領域との位置関係を考慮した酸性反応剤を含む非アルカリ性シリカ溶液の組合せが重要である。また、マスキングシリカ溶液は硫酸や海水の存在下でもコンクリート表面のCaやMgイオンと反応してキレート反応により、コンクリート表面に食い込んだ強固な被覆層を形成する。このようなコンクリート保護効果のある被覆層(マスキングシリカ)の形成には、pHが非アルカリ性、好ましくは酸性であることが必要である。シリカ溶液中にアルカリが残存した場合は、コンクリート表面における被覆層の形成が不充分でコンクリートの防護効果が少なくなる。
非アルカリ性シリカ溶液と豊浦砂を混合し、供試体を作製して養生した。28日後に、水中に溶出した成分を測定した。反応剤として、硫酸またはリン酸を使用した場合の溶出率を測定し、結果を下記表1に示す。
※2 下記表3 配合5
(A)2wt%≦[SiO2]≦10wt%
(式中、[SiO2]は溶液中のシリカ濃度(%)を示す)を満たすことが好ましい。
[P]/[SiO2]=60〜5000
(式中、[P]は溶液中のリン酸イオン濃度(ppm)を示し、[SiO2]は溶液中のシリカ濃度(%)を示す)を満たす非アルカリ性シリカ溶液であることが、好ましい。コンクリートをキレート溶液中に沈漬しても効果的な皮膜を形成することはできず、所定の濃度のキレート剤とシリカからなる中性〜酸性(pHが1〜8付近)のシリカ溶液においてはじめて効果的な皮膜が可能になる。
(A)2wt%≦[SiO2]≦50wt%
(式中、[SiO2]は溶液中のシリカ濃度(%)を示す)を満たし、かつ、非アルカリ性シリカ溶液のリン酸イオン濃度が、次式、
(B)3000ppm≦[P]≦100000ppm
(式中、[P]は溶液中のリン酸イオン濃度(ppm)を示す)を満たすものを用いて、コンクリート構造物または土中埋設物の近傍の地盤を、リン酸化合物を有効成分とする非アルカリ性シリカ溶液、またはリン酸化合物と硫酸化合物とを有効成分とする非アルカリ性シリカ溶液で固結し、また、近傍の地盤の周りの地盤を、硫酸化合物を有効成分とする非アルカリ性シリカ溶液、または近傍の地盤よりも少ない量のリン酸化合物と硫酸化合物とを有効成分とする非アルカリ性シリカ溶液で固結することを特徴とするものである。本発明の要旨は、地盤改良工法において、リン酸系化合物の濃度が、コンクリート構造物等の近傍の地盤で高く、かつ、コンクリート構造物等から離れるにしたがって低くなるものである。コンクリート構造物等の外周である近傍の地盤(近傍領域)でのリン酸系化合物の濃度を高くすることで、より確実にコンクリート構造物等の表面に被膜を形成でき、一方、近傍の地盤の周りの地盤(離れた領域)ではリン酸系化合物の濃度が低いためコストを低減でき、しかもリン酸反応生成物の量を少なくすることができ、かつ全固結領域の水溶性反応生成物を少なくできて水質の環境負荷を抑制できる。即ち、本発明は、水ガラスのアルカリを除去した非アルカリ性シリカ溶液を注入するに当たって、反応剤としてリン酸と硫酸を併用したシリカグラウトを用いるという上記従来技術(特許第3072346号公報)の考えではなく、複数のリン酸含有量の異なる酸性シリカ溶液を併用して、改良すべき注入範囲のコンクリートの位置との関連を考慮した上で、注入領域に対してリン酸量の異なる固結領域を組合せて配置を行うことにより、リン酸化合物の使用量の低減と注入対象領域の全体での全反応生成物の溶出を低減し、コンクリートの保護機能を効果的に得られるものである。
(実施例1)
シリカ溶液(水ガラス)62mlに、硫酸、キレート剤入り硫酸、キレート剤を水で希釈し加え全量を400mlとなるよう配合し、ゲルタイムとpHを測定した。このときのシリカ濃度は配合液が6%となるように調整した。結果を図1および2に示す。ここでキレート剤は75%リン酸であり硫酸は75%硫酸である。
コンクリート構造体等の周辺地盤中に硫酸イオンが存在している場合、リン酸系化合物を含む非アルカリ性シリカ溶液(注入剤)を注入して、リン酸化合物含有非アルカリ性シリカ溶液のゲルが硫酸イオンのコンクリートに対する影響を遮断する効果(マスキング効果)について、硫酸イオンを共存せしめたリン酸化合物を含有する非アルカリ性シリカ溶液のゲルがコンクリートに対する硫酸イオンの影響を遮断する効果を、下記実施例2で実証した。ここでいうマスキング効果とは、コンクリート表面にキレート効果のある非アルカリ性シリカ溶液でコンクリート表面のCa2+、Mg2+を取り込んでSO4 2−あるいは海水(Cl−)等、コンクリートに対して好ましくないイオンに対する防護被覆(マスキングシリカ)をコンクリート表面につくる効果をいう。
キレート剤としてはリン酸系化合物が用いられているが、その例であるヘキサメタリン酸ソーダはリン酸―ナトリウムの溶融によって得られる(NaPO3)6または{(NaPO3)n,Na/P=1}を中心とした重合体の混合物であり、水溶性で水溶液は弱酸性を呈する。
同様に,リン酸をもちいた場合でもコンクリート表面のCa、Mgイオンとキレート剤は,以下のように反応してコンクリート表面マスキングシリカを形成する。
Ca(H2PO4)2+Ca2+ → 2CaHPO4+2H+
(H+はOH−と反応して水になる)
(Mgの場合も同様に反応する)
実験方法
図3は、コンクリート構造物への非アルカリ性シリカ溶液の影響を観察するため,容器3A中にモルタル供試体の周辺を薬液2のゲルで固結し密閉した図と容器3A中の固結物を密封容器3Bに移して養生水19中に養生した図を重ねて示している。図3にて、直径5cm、高さ10cmで体積196cm3のモルタル供試体1を、体積500cm3(直径m=7cm、高さ13cm)の容器3A中に設置し、モルタル供試体1の外周にモルタル供試体1と同体積に相当する厚み1cmとなるように非アルカリ性シリカ溶液(薬液)2を充填しゲル化させた。その後、地下水存在下でのコンクリート構造物への薬液2の影響を観察するため、直径n=17cmの密閉容器3B、容器3A中に固結物を入れ、ゲル周囲に養生水19を2000〜20000ml充填した。1、3、12、36ヶ月養生しモルタル供試体1の一軸圧縮強度と、養生水(ゲル)のpHの変化とコンクリートへの影響を測定した。
※2 キレート剤としてヘキサメタリン酸ナトリウムを使用
図4は、キレート濃度の違いによるモルタル供試体1の一軸圧縮強度への影響を示すグラフである。表3および図4より以下のことがわかる。配合1では、3ヶ月後にはゲルのpHは11以上に達し、1年後にモルタル供試体1の一部が損壊した。配合2では、1年後の外観上の劣化が一部みられ、ゲルのpHは10に達した。一方、配合3〜9では、養生したモルタル供試体1の表面に白色の被覆が見られ、1年後(3年後も同様)でのゲルのpH値はほぼ中性値を保ち、一軸圧縮強度の経過時間に対する上昇が比較1のイオン交換水で養生したモルタル供試体1よりも上回る結果も得られた。比較2はアルカリ側でゲル化したものであるが、コンクリート表面に白色の被覆は殆んど形成されておらず、1年後の劣化がみられた。また、密閉容器3Bの内容物を直径17〜50cmの密閉容器3Aに入れ替えて2000〜20000mlの水で養生した。配合3〜9では、養生水19を2000〜20000mlとした場合でも、3年以上経ても劣化はみられなかった。
非アルカリ性シリカ溶液のゲルが周辺に存在するSO4 2−のコンクリートに対する影響を遮断する効果
非アルカリ性シリカ溶液(薬液)により固結したキレート層の硫酸イオンの遮断効果について実験した。図5は、実施例3の実験装置を示す図である。実施例1で使用したものと同様のモルタル供試体1(体積196cm3)の周辺に、キレート剤としてリン酸系化合物を含有する注入材を用いDr=60%となるように豊浦砂を改良した固結砂層4を、それぞれ層の厚みmが0、1、2、3cmとなるように作製した(図5参照)。このとき、実施例2の配合3のキレート剤3000ppmを含む配合を用いた。
非アルカリ性シリカ溶液のゲルが、周辺に存在するSO4 2−のコンクリートに対し影響を遮断する効果を確認する実験をおこなった。図6に示すような模擬地盤(高さ30cm×横60cm×幅50cm)を作製し、コンクリート領域20の厚さ10cmの側面に固結領域21として厚み10cm、固結領域22として厚み40cmで、合わせて75Lの固結領域を作製し、改良層に使用した水溶性反応生成物のコンクリート層への影響を調べた。なお、改良層は豊浦砂を用いDr=60%に調整した。また、間隙率は0.43とした。固結領域21および固結領域22に使用した薬液を下記表6に示す。
2 非アルカリ性シリカ溶液(薬液)
3A 容器
3B 密閉容器
4 固結砂層
5 硫酸イオン入り固結砂層
6 注入管
7 共同溝
8 キレート効果のある非アルカリ性シリカ溶液
8a キレート効果のある非アルカリ性シリカ溶液の固結領域
9 キレート効果の弱い(又はキレート効果のない)非アルカリ性シリカ溶液の固結領域
10 地下構造物
11 構造物
12 斜面の擁壁
13 住宅
14 道路
15 タンク状構造物
16 液状化層
17 非液状化層
18 未固結領域
19 養生水
21 コンクリート領域
22 固結領域A
23 固結領域B
24 地下水がSO4 2−や海水を含む地盤
25 トンネル
26 車
Claims (9)
- コンクリート構造物または土中埋設物の近傍の地盤に、リン酸化合物を含む非アルカリ性シリカ溶液を注入して、地盤を改良する地盤改良工法であって、
前記非アルカリ性シリカ溶液のシリカ濃度が、次式、
(A)2wt%≦[SiO2]≦50wt%
(式中、[SiO2]は溶液中のシリカ濃度(%)を示す)を満たし、かつ
前記非アルカリ性シリカ溶液のリン酸化合物によるリン酸イオン濃度が、次式、
(B)3000ppm≦[P]≦100000ppm
(式中、[P]は溶液中のリン酸イオン濃度(ppm)を示す)を満たすものであり、
前記非アルカリ性シリカ溶液が、コンクリート表面1m2当たり3000ppm以上のリン酸イオン濃度になるリン酸化合物を有効成分として含み、ホモゲルに換算して1cm以上の固結層厚さになるように前記非アルカリ性シリカ溶液を注入して、
硫酸イオンおよび/または海水からのコンクリートへの影響を防護することを特徴とする地盤改良工法。 - 前記コンクリート構造物に対して、前記非アルカリ性シリカ溶液を注入してコンクリート表面1m2当り36g以上のリン酸イオンを含有する固結層を形成する請求項1記載の地盤改良工法。
- 前記非アルカリ性シリカ溶液が水ガラスによるシリカを含む場合、前記非アルカリ性シリカ溶液のシリカ濃度が、次式、
(A)2wt%≦[SiO2]≦10wt%
(式中、[SiO2]は溶液中のシリカ濃度(%)を示す)を満たす請求項1または2記載の地盤改良工法。 - 地盤中の地下水の、硫酸イオンや塩素イオンからのコンクリートへの影響を防護する請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の地盤改良工法。
- 前記非アルカリ性シリカ溶液が、リン酸化合物の含有により、または更に当該非アルカリ性シリカ溶液への硫酸化合物の添加により、非アルカリ性のpH領域に調整される請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の地盤改良工法。
- 前記非アルカリ性シリカ溶液の注入により、コンクリート表面に厚さが0.5m以上の固結層を設ける請求項2記載の地盤改良工法。
- 液状化対策工に用いた請求項1〜6のうちいずれか一項に記載の地盤改良工法。
- コンクリートの劣化の防止または補修する請求項1〜5のうちいずれか一項に記載の地盤改良工法。
- 前記非アルカリ性シリカ溶液を注入する前に、前記コンクリート構造物または前記土中埋設物の背面に、セメント系グラウトを注入する請求項8記載の地盤改良工法。
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